第二相增强的高温合金具有优异的力学性能,以及良好的抗辐照、抗氧化等综合性能,既是航空航天推进系统、核反应堆、武器装备等热端部件的关键材料,也是制备能源、化工、交通等高温耐蚀件的主体材料。近年来,随着高温材料的工作环境愈发恶劣,人们对材料高温强度及蠕变性能的需求日益提高。通过设计和调控合金中的第二相颗粒,进一步制备具有更优异高温力学性能的合金,是亟待解决的关键科学问题。因此,本文深入理解高温环境中第二相颗粒与缺陷的交互作用,建立了耦合统计学理论的强度和蠕变模型,解决了现有模型的准确性和合理性问题。氧化物颗粒对位错运动产生强力的钉扎作用,能够有效提高合金的屈服强度。然而,现有的氧化物颗粒强化模型的预测结果与实验结果存在较大偏差,其预测的屈服强度在位错cutting机制向Orowan绕过机制转变区域存在不合理的突变。针对上述问题,提出嵌入数理统计方法的氧化物颗粒强度预测模型,考虑了位错滑移面与氧化物颗粒中心的空间相对位置以及真实材料中存在的氧化物颗粒尺寸分布特征,极大地提高了现有模型的合理性与预测结果的准确性。基于新的强化模型,cutting机制向Orowan绕过机制转变时的临界氧化物颗粒半径不依赖于颗粒体积分数。此外,新模型不仅能够预测最大的氧化物颗粒强化贡献,还能得到相对应的最优颗粒尺寸。为了提高所建立的概率依赖的氧化物颗粒强化模型的适用性,进一步获得了在较大颗粒体积分数和尺寸范围内的颗粒强化量。该工作基于材料的物理真实情况,提出的耦合统计学方法为优化现有模型提供了新的思路和方法。针对析出相强化的镍基高温合金的高温蠕变行为,经典的预测模型包含缺乏物理本质的拟合参数,限制了其广泛应用。本工作构建以位错攀移时间为评价指标的新蠕变模型,考虑真实材料中随析出相和温度变化的阈值应力,获得了位错攀移的极限析出相尺寸。为了准确评估析出相对稳态蠕变速率的贡献,并解决经典蠕变模型采用Orowan理论估算的阈值应力过高的缺陷,提出位错以协同Orowan绕过机制和攀移机制方式与析出相交互作用的模型,同时考虑析出相的尺寸分布效应。所建立的新蠕变模型预测的稳态蠕变速率与实验结果吻合良好,且不依赖于任何可调参数。进一步讨论了析出相体积分数和温度对蠕变速率的影响,揭示了先进镍基高温合金蠕变性能高的根本原因。本文的研究工作为高通量设计和开发具有优异高温强度和蠕变性能的第二相增强高温合金提供了行之有效的理论模型,为提高材料在高温复杂应力环境中的应用提供科学指导。